马修方程与运放的失调电压

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 楼主| xukun977 发表于 2021-4-6 11:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 xukun977 于 2021-4-6 11:17 编辑

上一个帖子里说到,每天接受20-30分钟惨无人道的数学折磨,然后再接受半个小时的模拟电路学习,后者是愉悦的,是一种优美享受。
整个过程就是先苦后甜,先折磨后享受的过程。

如此日积月累,慢慢地就会感觉有点不一样了。



1,先接受10分钟悲惨的数学折磨


问题的提出:如下图所示的LC电路,其中电感是固定的,而电容是时变的,可以想象成老式模拟收音机中,用手周期性地往返旋转调台电容器。
那么电容上的电荷或者电容上的电压变化规律是???




根据基尔霍夫定律,电路的平衡方程为:





既然电容值是周期性变化的,不失一般性,可表示为:





这里之所以用C的倒数,是因为平衡方程中是1/C,这样一来,平衡方程变为:






这就是马修方程,那么把马修方程的解直接拿过套,可知电容Q的变化规律为:




如上式所示,解的一般形式是正负指数的和。


这个电路在早期时候,是常用的高频自激振荡器,还可以设计成电感是时变的。



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 楼主| xukun977 发表于 2021-4-6 11:21 | 显示全部楼层


经历过几分钟数学的折磨,现在来享受几分钟模拟电路的有趣。

关于运放的失调电压,我看百度上搜到的多是CSDN博客,这些**都是相互复制粘贴,内容雷同。
我们现在结合数学,说一下失调电压及其调零的原理。

741运放原理图如下:




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 楼主| xukun977 发表于 2021-4-6 11:31 | 显示全部楼层


第一个知识点:基本差分对可以把电压漂移性能提升700倍。


简单地说,第一个要了解的数字,是700


那么这700是相对于什么来说的,或者比较对象是什么?是普通的共射硅晶体管。
普通硅晶体管的温度系数,随便哪本模电书都会提到,大约是-2.1mv/℃









那么像741之类的通用型运放,其失调电压大约是1mV:





既然失调电压是1mV,那么在室温27℃下,失调电压的温漂为:








温漂由原来的-2.1提升到3.3uV,相当于性能提高了700倍。








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 楼主| xukun977 发表于 2021-4-6 11:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2021-4-6 11:48 编辑

对于理想的差分对,自然是希望两个管子的偏置电流IE,是完全相同的。





但是对于实际电路,造成失调的原因是两管VBE不同,而造成VBE不同的罪魁祸首是热结漏电流Is:






既然在实际电路中,差分对中两个管子的Is是不同的,此时如果再令两个管子的IE相同,此时就造罪了,一点好处都没有了。



换一句话说:此时如果两个管子的偏置电流IE不同,反而能以毒攻毒,可以减小失调电压及漂移。



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kk的回忆 发表于 2021-4-6 21:55 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2021-4-6 11:31
第一个知识点:基本差分对可以把电压漂移性能提升700倍。

老师,室温27℃,在Vos/T=1mV/300,这个300是开尔文温度吧?27℃为300K,不知道是这样理解吗?
 楼主| xukun977 发表于 2021-4-7 09:24 | 显示全部楼层
kk的回忆 发表于 2021-4-6 21:55
老师,室温27℃,在Vos/T=1mV/300,这个300是开尔文温度吧?27℃为300K,不知道是这样理解吗? ...


文献中一般都是用开尔文温度,用摄氏温标的太少见了。
kk的回忆 发表于 2021-4-7 20:30 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2021-4-7 09:24
文献中一般都是用开尔文温度,用摄氏温标的太少见了。

好的,谢谢老师解释
最近一直在追你的帖子,虽然数学公式理解的有困难,但是电路方面的解释受益颇多
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